由于很多气田处在北方寒冷地区，为了避免集气输送过程中出现冻堵、冷凝现象，经常会在其集输过程中进行电伴热处理。常规的电伴热系统，主要依靠金属电阻丝或者碳纤维束结导线对管道进行加热处理的，它的发热控制属于定功率加热，只能在有效温度区间之内，可以发挥良好的作用，一旦介质温度超过这个区间，它的工作效能将大大下降。为此工程技术人员发明了一种带PID调节器的天然气集输管道电伴热系统，它能根据不同的外在环境条件，对发热功率进行自动化的控制，这大大提高了其对环境变化的适应能力，很好完成了对天然气的伴热处理，避免天然气在运输过程中出现冻堵现象。
1、PID调节器的基本工作原理
PID调节器又称为比例、微分、积分控制器，它分为数字PID调节器和模拟PID调节器，它在运行过程中会对被控制量和给定量的差值进行比例、微分、积分、运输，并将运算的结果进行相加处理，并合成有效控制信号，用于直接对执行器件进行控制。
PID调节具有相应速度快、调节动作迅速、余差小、能根据偏差信号的变化趋势而变化的有点，是目前在工业领域应用最对也最成熟的自动控制技术。它具有非常高的鲁棒性，非常适合那些没有详细数学模型的控制系统，随着微型单片机技术的不断发展，它的应用范围越来越广。
2、PID调节器在天然气管道电伴热上的应用
由于在本方寒冷地区平均气温变化较快，采用常规的伴热技术往往很难达到很好的效果，不是造成电能的过多浪费，就是造成集输质量的下降。将PID调节系统有效应用在了天然气管道电伴热系统中，可以有效稳定天然气的传输温度，这大大减少了过多的电能消耗和带来电伴质量的提高，在实际工作中发挥出了非常好的应用效果。
带PID调节器的天然气管道伴热系统主要由PID调节器、功率调节器、电伴热带、温度传感器组成。温度传感器布置在天然气的出井出，主要用于对出井天然气温度的测量，并将测量温度转换成数字信号，并通过数据传输总线，将温度数据传送到调节器中。还有一个温度传感器布置在管道中，它也会对管道中天然气的温度进行实时采集，并将转换结果也传输到PID调节器中。PID调节器会对两个温度信号的差值进行比例、微分、积分运算，并将实际运算结果进行累加，最终形成控制信号。此控制信号用于直接对功率调节器进行控制，以此来控制功率调节器的输出电压，该电压将直接作用于电伴热带，并根据电压高低的不同，而释放出不同的发热功率。
3、PID调节电伴热与常规电伴热效果的比较
常规的电伴热系统属于定功率发热系统，在管道温度较高时，将造成大量电能的浪费，当管道温度较低时，又不能起到很好的防冻堵效果。而在采用PID调节电伴热系统后，系统会将管道温度和设定温度进行比较，并计算出差值，并利用差值自动对电伴热系统的发热功率进行调整，它能将管道温度的波动控制在一个较小的范围，这样就大大节约了无谓电能的浪费，也能起到应有的防冻堵作用。
目前该技术在实际应用过程中，由于环境和集气运输要求的不同，这对PID调节器有着不一样的技术要求，因此对其比例、微分、积分参数的确定就显得十分重要，这也是该技术应用中的难点，大家可阅读白志刚编著的《自动调节系统解析与PID整定》轻松学习PID整定技术。目前通常采用的参数调整方法有经验法和现场调试法，经验法主要利用技术工程人员在长期的工作当中所摸索的经验，调试法主要通过现场调整参数，并实际运行，如果效果不好，再对参数进行调整，直到到达满意的应用效果为止，因此其调整周期往往较长，但其对调试人员的要求会大大降低。
在我国的北方有大量的天然气田，天然气在实际集输过程中，很容易受到寒冷天气的影响，而产生冻堵现象。为此一般都要对管道进行电伴热处理，传统的电伴热系统，不能良好适应天然气出井口温度变化的影响，不仅对电能浪费巨大，有时也不能起到很好的防冻堵作用。而带PID调节器的电伴热系统很好的解决了这个问题，它能将管道温度稳定在一个比较小的区间， 因此既节能又可以起到有效的防冻堵效果，实际生产中应大力推广使用该技术。
作者简介： 张冉，中国石化中原油田普光分公司采气厂大湾采气区
